自動車技術展　調査報告書2011

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1 委員会活動報告 自動車技術展 人とくるまのテクノロジー展 2016 横浜 及び材料フォーラム報告 ( 一社 ) 日本アルミニウム協会自動車アルミ化委員会 1. はじめに自動車技術会主催 2016 年春季大会は 5 月 25 日 ( 水 ) ~27 日 ( 金 ) の日程で例年通りパシフィコ横浜を会場として開催された 本大会は学術講演会と自動車技術展 : 人とくるまのテクノロジー展から構成されている 今年の主催者企画である特別企画では いつまでも くるまにワクワク ドキドキ ときめきを をテーマに 自動運転の車が当たり前の時代を展望したとき 走る 曲がる 止まる といった運転の楽しさはどうあるべきか それを実現するための技術とはどのようなものかについて その道の専門家からの講演があった これに併設する展示エリアでは 自動車メーカー 二輪車メーカーおよび部品メーカーが皆をワクワク ドキドキさせた今昔技術を紹介していた 屋内ホールではホンダから クラリティ FUEL CELL ( 写真 1) トヨタから新型 プリウス ( 写真 2) のいずれもカットモデルを用いて先進技術が展示され 屋外では最新技術を搭載した水素燃料電池自動車 (FCV) 電気自動車 (EV) ハイブリッド車 (HEV) などの試乗体験ができた このほか無料の聴講イベントとして 出展社が製品技術情報や企業 業界情報を詳しく紹介するワークショップ 自動車に関する各種テーマを題したフォーラムが開催された 日本アルミニウム協会 自動車アルミ化委員会では 最新の自動車技術や部品等が展示される 人とくるまのテクノロジー展 2016 横浜 並びに同時開催された材料フォーラム 自動車の未来を拓く材料技術の最新動向 ( 企画 : 材料部門委員会 ) にも参加 聴講し 自動車のアルミ化動向を中心に 競合材を含めた最新の技術動向や次世代自動車の開発動向などを調査した 2. 人とくるまのテクノロジー展 2016 横浜今年が 25 回目の開催となった自動車技術展 : 人とくるまのテクノロジー展 2016 横浜は 出展社数は昨年と同様の 538 社 *1 来場者数は 3 日間合計で 87,375 名 ( 過去最高の 2014 年 87,523 名には届かなかったものの 2015 年の 86,939 名より 436 名増 ) の盛況ぶりであった *1) 自動車 :11 社 (13 社 ) 部品 :150 社 (157 社 ) 材料 :51 社 (52 社 ) テスティング :177 社 (163 社 ) CAE ソリューション :39 社 (42 社 ) カーエレクトロニクス :24 社 (20 社 ) R&D 出版 団体 他 :86 社 (86 社 ) 注記 ( ) 内は 2015 年 2.1 展示概況特別企画展示として今年は 我々をワクワク ドキドキさせた技術の今昔 をテーマに 各メーカーが今昔の自動車や二輪車などを出展していた トヨタからは 2014 年に市場投入された FCV ミライ のカットモデル ( 写真 3) や 1965 年当時に人気となった トヨタスポーツ 800 ( 通称 ; ヨタハチ ) など 我々をワクワク ドキドキさせた今昔技術が紹介され 将来に向けての更なる進化へつながる技術展示がされた 2.2 部品展示昨今の環境対応に伴い 軽量化に向けた種々の部品 材料の展示が見られた 本年もアルミ部品に加えて 鉄 樹脂などの競合材や 異種材料の接合技術にも着目して調査を行った (1) アルミ部品アルミ部品の展示は ダイカストによるエンジン 足回りなど 部品毎での採用例が多数あり 2 輪車用ライナーレスのシリンダーブロックや中空一体成型による薄肉化 溶接レスによる高剛性の世界最軽量サブフレームが展示されていた 板では 歩行者衝突時の頭部損傷を軽減するため横波構造と薄肉化したフードの開発品や樹脂製より軽量 高強度のオイルパン 押出材では バンパーレインフォースが展示されていた また クリーンエネルギー車用として インホイールモータより小型な電気自動車用駆動装置や FCV 用高圧水素タンクとして世界で初めて GTR(Global Technical Regulation) に適合したアルミライナーなどが展示されていた アルミ関連部品の出展内容を表 1 と写真 4~13 に示す (2) 競合材競合材は 今年も樹脂系部品の出展が多く ボディーパネル 燃料タンクへの採用例に加え 世界初となるオール樹脂製の重量 コスト共に鉄製より優れたステアリングメンバー 樹脂とガラス繊維の複合によるバンパーレインフォースなどが展示されていた 更に トラックのフレーム用としてシャーシ重量を 60~70% 低減可能なカーボン製 C チャンネルが展示されていた 鉄については プレスと焼き入れを組み合わせた工法により 1,500MPa 級の高張力 高精度製品によるバンパーレインフォースの軽量化品などが展示されていた 競合材関連部品を表 2 と写真 14~26 に示す

2 (3) マルチマテリアルマルチマテリアルでは 異種素材を組み合わせることによる軽量化の事例が多く展示されていた アルミ押出形材のハイドロ成形と樹脂の射出成形の統合技術によるステアリングメンバーの量産品 アルミ鋳物と樹脂のインサート成形など異種素材の一体化成形品が 展示されていた また アルミバンパーシステムに利用されている電磁成形技術を金属 樹脂などのブラケットの接合に展開したステアリングメンバーが展示されていた マルチマテリアル関連の出展内容を表 3 と写真 27~ 30 に示す 写真 1 クラリティ FUEL CELL カットモデル ( ホンダ ) 写真 2 新型プリウスカットモデル ( トヨタ ) 写真 3 FCV ミライカットモデル ( トヨタ ) 写真 表 1 アルミニウム関連部品の出展内容 分類サンプル名材料 技術特徴展示会社 4 エンジン 5 サスペンション 6 電気自動車用ドライブトレイン ライナーレスライナーレスによるボア剛性低下を補った2 輪用シリンダーブロダイカストシリンダーブロックック リョービ ナックル鋳物 (AC4CH-T6) GDSQ( リョービ開発工法 ) による開発品 リョービ エレクトリックツイスト ビーム 鋳物 インホイールモータより小型な駆動装置 ゼット エフ ジャパン 表面処理を施したアルミセルフタッピンねじ マグネシウム 樹 7 ファスナーエスタルファZ 表面処理日東精工脂にも利用可能 海外で実績あり 8 フレーム 9 燃料電池システム 10 エンジンバンパー 11 世界最軽量アルミサブフ中空一体成型により 薄肉化 接合用フランジ不要で従来比 20% 中空ダイカストレームの軽量化 本田技研工業 アルミライナー製水素タ 70MPa の充填圧力に対応し 水素透過ゼロを到達したアルミライ FCV 高圧水素タンクンクナー製水素タンク 本田技研工業 アルミニウム製トランススチールからアルミニウムへの材料置換で 1.3kg(60%) 軽量化 外マグナ インターナショ板 (5000 系 ) プレスミッションオイルパン部コーティング及び処理が不要で樹脂製より軽量 高強度ナル ジャパン フロントバンパーレイ押出材 (7000 系 ) ンフォースメントストレッチベンド工法 高強度ながら溶接性 曲げ加工性に優れる新開発の 7000 系合金 UACJ フレーム パワープラントフレーム 板 (6000 系 ) 耐応力腐食性に優れた 6000 系高強度厚板合金 UACJ 12 ボディーパネル フロントフェンダー 板 (6000 系 ) スチール ( 旧型 ) から 6000 系ボディーパネルへのアルミ化で 2.8kg 軽量化 UACJ 13 ボディーパネル 小型自動車用フード 歩行者保護形状 横波フード構造にし 歩行者衝突時の頭部損傷を軽減 神戸製鋼所 写真 4 ライナーレス シリンダーブロック ( リョービ ) 写真 5 ナックル ( リョービ ) 写真 6 エレクトリックツイストビーム ( ゼット エフ ジャパン )

3 写真 7 エスタルファ Z ( 日東精工 ) 写真 8 世界最軽量アルミサブフレーム ( 本田技研工業 ) 写真 9 アルミライナー製水素タンク ( 本田技研工業 ) 写真 10 アルミニウム製トランスミッションオイルパン ( マグナ インターナショナル ジャパン ) 写真 11 フロントバンパーレインフォースメント ( 下 ) パワープラントフレーム ( 上 )(UACJ) 写真 12 フロントフェンダー (UACJ) 写真 13 小型自動車用フード ( 神戸製鋼所 ) 写真 表 2 各種競合材関連部品の出展内容 分類サンプル名材料 技術特徴展示会社 世界初オール樹脂製のステアリングメンバー 鉄製に比べ 30% 軽エムスケミー ジャパ 14 ステアリングメンバー IP Panel Carrier 大型樹脂射出成型量化 トータルコスト :50% 低減ン樹脂低熱膨張ポリプロピレン製で ガラス繊維強化ポリプロピレン製 15 ボディーパネルバックドアアウターダイキョーニシカワ (PP) インナーパネルと併せスチール比 20% の軽量化多層樹脂製燃料タン 16 燃料タンク燃料タンク燃料タンク向け軽量化材 HB212R( 高剛性 高耐久 ) 日本ポリエチレンクフードインナー炭素繊維強化樹脂 SMC( シート モールディング コンパウンド ) による炭素繊維 17 ボディーパネル三菱レイヨン (CFRP) 複雑形状に適した賦形性と成形部品の軽量化が可能ガラス繊維強化樹脂 GF 分散性に優れ外観良好なGF 長繊維強化 PP( モストロン 18 プライムポリマーボディーパネルバックドアインナー (GFRP) L) ( 三井化学グループ ) Wet Molding プロセプリフォーム無しで成形でき 成形圧力を低く抑えてプロセス設 19 ボディーパネルフロアパネル GSI クレオスス備投資を低く抑えることが可能 GFRP テンションリーフ 20 サスペンション GFRP 非線形特性を持つ GFRP 製軽量リーフスプリングムベア ジャパンスプリング 21 フレーム東レシートフレーム温間プレス成形と溶接により鋼フレームと同一剛性で約 60% の 22 シートマグネシウム合金住友電気工業 軽量化引き抜き成形引き抜き成形技術に Class5(GVW 約 7.2~8.8ton) において スチール製に比べシャカーボン C チャンネルよる CFRP 製品ーシ重量を 60~70% 低減

4 23 ドア ドアインパクトビーム ベルトライン R/F 鋼鈑 24 バンパー バンパー 鋼板 ダイクエンチ工法により 1500MPa 級の高精度な超高張力製品で軽量化 10% 局部クエンチで部位毎に引張強度 500~1900MPa で調整可能 1900MPa を使用したバンパーは重量 22% 減 アイシン高丘 ティッセンクルップ ジャパン 25 サスペンション軽量化ナックル鋳物鋳物ナックルを中空にて鋳造従来品より 15% 軽量化リケン 26 バンパーリアバンパービームガラス繊維 + 樹脂 ガラス繊維強化熱可塑性コンポジットシート (TEPEX R ) と樹脂 のハイブリッド成形バンパー サンワトレーディング 写真 14 IP Panel Carrier( エムスケミー ジャパン ) 写真 15 バックドアアウター ( ダイキョーニシカワ ) 写真 16 燃料タンク ( 日本ポリエチレン ) 写真 17 フードインナー ( 三菱レイヨン ) 写真 18 バックドアインナー ( プライムポリマー / 三井化学グループ ) 写真 19 フロアパネル (GSI クレオス ) 写真 20 GFRP テンションリーフスプリング ( ムベア ジャパン ) 写真 21 引き抜き成形カーボン C チャンネル ( 東レ ) 写真 22 シートフレーム ( 住友電気工業 ) 写真 23 ドアインパクトビーム ベルトライン R/F ( アイシン高丘 ) 写真 24 バンパー ( ティッセンクルップジャパン ) 写真 25 軽量化ナックル ( リケン )

5 写真 26 リアバンパービーム ( サンワトレーディング ) 写真 表 3 マルチマテリアル関連部品の出展内容 分類サンプル名材料 技術特徴展示会社 27 ステアリングメンバー 各種ブラケット付きアルミビーム 電磁拡管 28 ステアリングメンバー コックピットキャリアアルミニウム / 樹脂のフロントエンドキャリア一体成形 29 電子 電装品 インバーター フィルム積層金属板 30 燃料電池システム スタックマニホールド 大物樹脂インサート成形技術 金属 樹脂ブラケットを 電磁拡管技術によりアルミビームへ固定ハイブリッド式ハイドロフォームテクノロジー ( ハイドロ成形と射出成型を統合 ) により 周辺部品装着をサポート射出成型 超音波溶接でプラスチックと接合可能なフィルム積層金属板 ( ヒシメタル R EX) 大型アルミ鋳物部品と電気絶縁膜と配管を構成する樹脂部品を一体成形薄型化によりFCスタックを小型化 神戸製鋼所エルリングクリンガー マルサン三菱樹脂トヨタ紡織 写真 27 各種ブラケット付きアルミビーム ( 神戸製鋼所 ) 写真 28 コックピットキャリアフロントエンドキャリア ( エルリングクリンガー マルサン ) 写真 29 インバーター ( 三菱樹脂 ) 写真 30 スタックマニホールド ( トヨタ紡織 )

6 3. 材料フォーラム 5 月 26 日に 自動車の未来を拓く材料技術の最新動向 と題した材料フォーラムが開催された ( 企画 : 材料部門委員会 ) 自動車アルミ化委員会は本年もこの企画に協力し アルミニウム業界から 1 件の話題提供を行った 講演内容の概要を以下にまとめる 3.1 軽自動車を支える材料技術の変遷と将来動向 : 平井更之右氏 ( ダイハツ工業 ) 軽自動車の価格や燃費の変遷 およびその時代背景や材料技術の変遷について解説がなされた 自動車全体に対する軽自動車の割合は 2000 年頃を境に大きく増加しており 2015 年には 38.7% に達した 2010 年頃からは燃費 車両重量 価格の面でメーカー間の競争が激化し 低価格ながら軽量 高燃費な軽自動車が生産されている 軽自動車は 高価な材料置換による軽量化や 高価な HEV による低燃費化が困難であり 鉄の使いきり の歴史を歩んできた 1990 年代後半の衝突安全厳格化を期に ハイテン使用率が大幅に増加し 2016 年では 40~60% の使用率となっている 鉄の使い切りの例として サイドパネルにあえて厚板のハイテンを用い一体化成形することで 剛性や強度を担保しつつリーンフォース等を削減し 軽量化と低コスト化を両立させた例が紹介された 鉄の使い切りとは別に 外板の樹脂化の例が紹介された 外板の樹脂化は軽量化のみならず デザインの自由化 樹脂パーツの着せ替え等のメリットがある この他 低燃費エンジン技術等 軽自動車ならではの軽量化 低燃費技術が紹介された 3.2 大型商用車の将来動向と材料技術 : 大西孝博氏 ( 日野自動車 ) 主に大型トラックの構造や材料の変遷について解説がなされた トラックは一般的なモノコック構造の乗用車と異なり フレームにエンジンやキャブ サスペンション等を取り付けるフレーム構造でできている トラックには多種多様な架装が取り付けられ また年間走行距離は乗用車の 10 倍以上 (10~30 万 km) に達するため フレーム構造はそれらに耐えられるだけの強度 耐久性が必要とされる 大型トラックの使用材料は約 80% が鉄鋼材料であり アルミニウムや樹脂の使用割合は少ない 近年ではキャブの外装への樹脂適用が増加しており 樹脂製フェンダーにおいては ユーザーが独自にカラーカスタマイズをするというトラックならではのニーズに対し 強度はもちろんのこと 耐熱性 塗装密着性 耐薬品性といった 2 次塗装性にも優れる樹脂を開発した例が紹介された この他 サスペンションの軽量化として鉄鋼鋳物の高強度化の例が紹介された 3.3 自動車業界の環境変化に対する塗料材料の動向 : 殿村浩規氏 ( 関西ペイント ) 自動車外板に施す塗装処理について環境対応 生産 経済性等の観点から発表がなされた 近年の VOC( 揮発性有機化合物 ) 削減の観点から 2000 年 ~ 2005 年をピークに溶剤塗料から水性塗料への置換が進 んだ結果 VOC 排出量は 2000 年比 40% 削減された 一方 水性塗料は溶剤塗料よりも乾きにくいため 塗装ブースにおける空調管理や 焼き付け乾燥前の予備乾燥が必要となり CO2 排出量が増加するという問題があった CO2 排出量削減のため 塗装ブース容積低減による空調省エネルギー化 塗装ラインの省工程化が急速に拡大しており 設備投資等の経済性の面でもメリットがある また 近年外板への樹脂や CFRP 等の軽量化素材の適用が増加傾向にあることから 今後の自動車塗装ラインの変化を予想すると 1 自動車会社で塗装ラインを持たず塗装済みの各パーツを組み立てる形式 2 車体と各樹脂製品を同時に塗装する形式の 2 点が考えられる 1 の場合 塗装設備の部品毎の最適化 色管理等が課題となる 2 の場合 生産性 環境対応 コスト面で優れた工程となるが 車体と樹脂製品との塗装温度が異なるため塗装温度の統一 ( 低温化 ) 等が今後の課題となる 3.4 自動車マルチマテリアル化技術の進展 : 橋村徹氏 ( 神戸製鋼所 ) 今後の自動車軽量化において重要となるマルチマテリアル化の適用例とその技術について解説がなされた 2020 年以降の燃費規制には HEV 車でさえも対応できなくなることが予想されており BIW(Body In White) の軽量化 特にアルミ合金の使用は益々重要になっていくと考えられる 欧米では外板パネルのアルミ化が盛んであり 車体全体の 90% 以上をアルミ化した Ford-F150 Audi-A8 Jaguar-XJ 等が生産されている マルチマテリアル化には 接合技術が重要であり ベンツ -C クラスではサスタワーをアルミダイカストで造り SPR(Self Piercing Riveting) と接着材を併用して鋼製骨格と接合している また アルミ板と鋼板の異材接合には SPR の他 ImpAcT(RIVTAC R ) FDS R (Flow Drill Screw) メカニカルクリンチを使用している Audi Q-7 では 鋼板の強度が上昇したことで SPR 等のリベット接合が困難となり SSR(Special Self Piercing Riveting) や FEW(Friction Element Welding,EJOWELD R ) といった接合法が量産車として初めて使用された Euro Car Body の出展車を見ると 年々接着剤の使用量が増加しており 今後接着剤を使用できる表面処理技術の開発が重要になると考えられる 3.5 自動車用鉄鋼材料の高機能化への取組みと今後の展望 : 金子真次郎氏 (JFE スチール ) 外板 モータ等様々な用途に用いられる自動車用鉄鋼材料の高機能化の例が紹介された 自動車外板パネルとして求められる特性には 面ひずみ 成形性 耐デント性等が挙げられるが 面ひずみは低耐力 耐デント性は高耐力が求められ 相反する特性が必要となる これに対応するため BH( ベークハード ) 性を持つ BH 鋼板が紹介された BH 鋼板は プレス成形時は低耐力ながら 塗装焼付け時に BH することで最終製品として高耐力を得ることができる また 鋼板の超高強度化に伴い 水素脆化による遅れ破壊が課題となっている この対策として 負荷応

7 力 塑性ひずみ 侵入水素量の 3 次元マップを作成し 遅れ破壊を回避するための指針としている この他 EV/HEV モータ用電磁鋼板 高疲労強度焼結部品用ハイブリッド型モリブデン系合金鋼粉の開発例が紹介された 3.6 耐水素脆化特性評価 改善と高強度ボルトへの展開 : 平上大輔氏 ( 新日鐵住金 ) 高強度ボルトの耐水素脆化特性の評価方法から 改善法 展開例について解説がなされた 水素脆化は材料中に侵入した水素が集積することで 粒界破壊を引き起こす現象であり ボルト使用中に亀裂が進展し破壊に至る ( 遅れ破壊 ) 高強度ボルトには 1000~1400MPa 程度のものが存在するが 高強度化するほど水素脆化が起きやすくなるため 現在は 1000MPa 以下のものが一般的に使用されている 水素脆化の起こらない範囲で材料を使用する指針として 水素実使用環境において鋼材中に侵入する拡散性水素量 H E が 水素脆化を起こさない許容上限水素量 H C より小さいことを確認する H E は実環境を想定した環境に置き 昇温脱離法により放出された拡散性水素量を測定する H C の評価は材料中に強制的に水素をチャージ後 遅れ破壊試験を行い 水素脆化の起こらない上限水素量を測定する 耐水素脆化特性改善として 微細析出物により水素をトラップし 拡散性水素を非拡散性水素に変えることで 従来鋼より優れた耐水素脆化特性を示す高強度ボルト用鋼の開発例が報告された 4. まとめ今年度の人とくるまのテクノロジー展は 低炭素社会を実現する次世代自動車を代表する FCV が本格的に市場投入されるといった幕開けの年に開催され FCV 関連の新規需要や新規課題に対応した多数の新製品 新技術が見られた 加えて 電動化や自動運転化といった低燃費 安全性 快適性の要求の高まりに対応したバッテリー関連など多様な技術 製品が見られ これらを実現するためにも軽量化は必須となっていくものと考えられる 軽量化に関しては 今回は神戸製鋼所や UACJ といったアルミメーカーからの出展も見られ アルミ合金 樹脂 マグネシウムといった軽量素材の適用拡大が一段と進んでいるように見受けられた 特に継続して樹脂材料の出展が多く マルチマテリアル化を含めた樹脂材料の適用拡大に対する樹脂メーカーの期待が伺えた 材料フォーラムではダイハツ工業と日野自動車から講演があり 軽自動車および商用車で鉄鋼材料のやり切りと樹脂外板の実用化が進んでいるようではあるものの 将来的にはアルミ合金など他の軽量材料を含めたマルチマテリアル化が進むものと考えられる 軽量化素材としてのアルミ合金の役割を一層大きくするためには 材料特性向上に関する技術開発はもちろんのこと マルチマテリアル化に備えた他の素材との接合 接着技術等に着目し 今後の技術開発 調査を継続していく必要があると思われる